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Hintergrundinformation
TDR (Time Domain Reflectrometry) entwickelte
sich zur bevorzugten Testmethode zur Messung von kontrollierten Impedanzen
auf Leiterplatten. Die Leiterbahnen sollten idealerweise eine Länge von ca. 15 cm (wie
in IPC Standard 2141 empfohlen) aufweisen, um einen ausreichend langen
flachen Impedanzverlauf zu erzielen eine einfache Messung zu ermöglichen.
Der Messbereich wird so gewählt, dass der Beginn und das Ende der Kurve nicht
einbezogen wird, da diese Bereiche bedingt durch die Charakteristik des TDR-Verfahrens
keine gültige Messung erlauben. Die Abbildung zeigt eine Impedanzkurve einer 18
cm langen Leiterbahn mit 28 Ohm.
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Probleme
beim Messen von kurzen 28 Ohm Leiterbahnen
TDR Meßsysteme
und Kabel weisen eine Impedanz von 50 Ohm auf. Bei der Messung verstreicht
Zeit (bzw. Länge) beim Übergang vom 50 Ohm Kabel auf die Impedanz des Messobjektes.
In der Abbildung belegt der Übergang von 50 Ohm auf 28 Ohm die ersten 5 cm der
Kurve. Wenn das TDR eine sehr kurze Anstiegszeit aufweist (z.B. 35 ps), tritt
starkes Überschwingen an der Kontaktstelle zwischen Kabel und Leiterbahn auf,
so dass in diesem Bereich ebenfalls nicht gemessen werden kann. Der Anwender
wird oft ein Filter einschalten, um das Überschwingen zu dämpfen, was jedoch
die Pulsanstiegszeit wieder verlängert (z.B. auf 200 ps).
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Die Lösung
Wenn die
Quellimpedanz und die Impedanz der Leiterbahn weitgehend übereinstimmen, ist
nur eine sehr kurze Zeit zur Erreichung des tatsächlichen Wertes auf der
Messkurve erforderlich. Um dies zu erreichen, bietet Polar eine
impedanzangepasste 28-Ohm Prüfspitze (z.B. für RAMBUS®) zur Kontaktierung der
Leiterbahn (Nominalimpedanz 28 Ohm) mit dem CITS500s Impedanzmeßsystem an.
Der kleine Impedanzsprung von der 28 Ohm Probe und der Leiterbahn liegt in
der Regel unter 2-3 Ohm und ermöglicht eine Messung knapp nach dem Beginn der
Messkurve. Die IP28 Prüfspitzen sind für die Impedanzmessung an 28 Ohm mit
+/- 10% Toleranz geeignet.
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Im Endeffekt bedeutet dies, dass ein schneller Puls mehr Überschwingen
produziert, ein langsamerer Puls etwas mehr Zeit zum Einschwingen benötigt. In beiden Fällen sind die ersten 2.5 – 5 cm der Messkurve zur
Impedanzmessung nicht nutzbar. Wie kann die Messung nun erfolgen, wenn die 28
Ohm Leiterbahn (z.B. Rambus®) gesamt nur 2.5 – 5 cm lang ist?
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Die impedanzangepasste Prüfspitze wird mittels
konventioneller Federstifte mit der Leiterplatte verbunden. Bei der manuellen
Messung erzielen Sie die besten Ergebnisse, wenn die Probe vertikal
aufgesetzt und vollständig niedergedrückt wird. Noch genauere Ergebnisse
erzielt man mit einem robotergesteuerten Impedanzmeßsystem, welches immer
exakt im rechten Winkel auf die Leiterplatte aufsetzt und gleichmäßigen
Anpressdruck erzeugt. Manuelle Ergebnisse können weiter verbessert werden,
indem ein 50mil (0.05") Pinabstand anstelle von 100mil zwischen Signal
und Masse verwendet wird.
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Die Wahl des
Messbereiches
Um wiederholbare und konsistente Ergebnisse in der Fertigung zu erzielen,
muss zur Messung ein flacher Bereich zwischen dem Beginn der Kurve und dem
Anstieg gegen Ende der Kurve (offenes Ende) gewählt werden. Obwohl manche
Veröffentlichungen einen spezifischen Bereich empfehlen (z.B. 50% bis 70% der
Kurve) so ist dies für sehr kurze Leiterbahnen nicht immer optimal. Wir
empfehlen als Testbereich jenen Abschnitt, welcher sich als möglichst flaches
ungestörtes Intervall zwischen den Überschwingern am Beginn und dem Anstieg
am Ende der Kurve ergibt. Nachdem dieser Bereich einmal ermittelt wurde,
sollte dieser für alle darauf folgenden Messungen an der gleiche
Leiterplattentype verwendet werden.
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Typische Ergebnisse
Die Messkurven unten stammen von zwei sehr kurzen 28 Ohm Striplines unter
Verwendung der manuellen IP28 Ohm Prüfspitze und zeigen, dass mit etwas
Sorgfalt zufriedenstellende Ergebnisse runter bis zu einer Länge von ca. 2.5
cm erzielbar sind.
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5 cm Leiterbahn
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2.5 cm Leiterbahn
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Hermann.Reischer@polarinstruments.com
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